基于CFD的二维垂直轴风力机性能计算

采用计算流体力学方法(CFD)针对垂直轴风力发电机,开展简化的二维绕流特性研究。首先,基于开放型转子和增强型转子,研究网格节点数和壁面y+、计算时间步长和湍流模型等的变化对计算结果的影响,对计算模型和方法进行确认。随后,计算分析增强型垂直轴风力机与开放型垂直轴风力机的特性。结果表明,与开放性垂直轴风力发电机相比,增强型垂直轴风力发电机的功率系数和转矩系数有明显增加,且达到最大值的位置向叶尖速比增大的方向移动。然后对增强型垂直轴风力机发电机在不同来流风速下进行计算,发现增强型垂直轴风力发电机的转子转矩随来流风速增加,而转矩系数和功率系数与来流风速无关。最后,针对定子叶片在不同的方向开展计算研究。结果表明,定子叶片在不同方向时,增强型垂直轴风力机的转子转矩不同,且转矩到达峰值的位置也不同;在当前3个方向角中,叶片处于0°方向角时风力机具有最高的转矩系数,即具有最佳的功率系数。     

基于风剪切的多风轮风力发电系统叶片载荷研究

搭建由10个50 W水平轴风力机组成的多风轮发电系统,并对该系统所在位置风剪切系数进行测试。基于叶素理论建立水平轴风力发电机叶片载荷简化计算公式。在同样的风剪切条件下,计算总功率为500 W单风轮风力机和多风轮风力发电机的叶片载荷,考察叶片方位角、风轮半径、风力机安装高度、风剪切系数和风速对叶片载荷的影响。结果表明,风轮半径越长、风力机安装高度越低、风剪切系数越大,叶片旋转过程中载荷变化越大;用多个小型风力机取代单个大型风力机可有效减小风剪切的影响。     

风能利用技术讲座(四)风力发电

风力发电就是通过风力机带动发电机发电，发出的交流电供给负载。当负载需用直流电时，可用直流发电机发电或者用整流设备将交流电转换成直流电。发电机是风力发电机组的重要组成部分之一，分为同步发电机和异步发电机两种。以前小型风力发电机用的直流发电机，由于其结构复杂，维修量大，逐步被交流发电机所代替。机组发出的电有两种供给方式：独立供电与并网供电。１发电机（１）同步发电机同步发电机（见图１）主要由定子和转子组成。定子由开槽的定子铁心和放置在定子铁心槽内按一定规律联接成的定子绕组（也叫定子线圈）构成；转子上装…     

基于垂直轴风力机的盘式永磁电机的试验研究

随着永磁材料的发展,盘式永磁发电机的技术突破,基于盘式发电机的小型垂直轴风力发电机重新得到重视。设计出双外转子中间定子的盘式永磁发电机,安装在Φ型风力机下端,利用风洞实验室进行不同风速下的试验研究,试验得到无负载与蓄电池负载下的2组数据。数据表明,盘式发电机应用在Φ型垂直轴风力机中,启动性能不理想,但在风力机启动后功率可以很快达到额定功率,故在启动性能好组合式垂直轴风力发电机具有良好适用性。     

风力机讲座 第三讲 风力机主要组成

前面已经讲过,风力机的型式有两大类,即水平轴风力机和垂直轴风力机;风力机应用主要也有两大类,即风力发电和风力提水。这里讲的风力机主要组成部分指的是水平轴风力发电机,其他类型和用途的风力机,大同小异,由于篇幅的限制,这里不做详细介绍。水平轴风力发电机的主要组成部分包括:风轮,     

并网异步风力发电机组模型及参数对其暂态稳定性的影响

建立了笼型异步发电机考虑定子电磁暂态的详细模型、忽略定子电磁暂态的简化模型、同时忽略定转子电磁暂态的稳态模型以及一个和两个质量块的风力机轴系模型.针对上述不同组合的5个风力发电机组模型,利用Matlab/Simulink对发电机端部发生三相短路故障情况下的机组暂态行为进行了仿真比较,并通过时域仿真求取了风力机组不同模型下机组故障临界切除时问.结果表明,采用不同风力机组模型对机组暂态稳定性分析结果有很大影响,发电机简化模型和两个质量块的风力机轴系模型较为合适.最后,以提出的合适模型为例,详细研究了风力机模型参数对机组暂态稳定性的影响.     

风能利用技术讲座(三)风力机的基本结构

风力机是把风的动能转换成机械能的机械设备。风力机通常由风轮、对风装置、调速（限速）机构、传动装置、作功装置、储能装置、塔架及附属部件组成。本讲以水平轴升力型风力机为例，介绍风力机的基本结构。１风轮风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。风轮一般由叶片、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（图１）。叶片横截面形状有３种：平板型、弧板型和流线型。风力发电机叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板…     

直叶片主轴风机的限速装置

直叶片主轴风力发电机是立轴风力发电机的一种形式(见图1),它由风轮、增速箱、发电机控制箱和塔架组成。风轮是由主风轮、S轮、中心轴组成。     

丹麦的风电技术

丹麦是世界上风力发电机的主要生产国和出口国。丹麦风电技术的发展,是从容量 10～ 30 kW、风轮直径 10 m的风力机开始,配有玻璃钢叶片、 2台异步发电机的 3叶片快行程的风力机优先得到推广;随后出现了容量 55 kW、风轮直径 15～ 16 m的风力机;最近几年生产 400 kW、风轮直径 34 m的风力机。现在,全国风电装机总容量达 2 000 MW,在世界风机市场上也占有较大份额。 丹麦的风电技术@丰利     

风轮风载荷等效系数计算方法研究

在风力发电机支撑结构设计初期,风轮的载荷多根据建筑风载荷规范确定,但建筑风载荷计算中常采用的体型系数却无法准确计算旋转机构荷载。文章首先分析了水平轴风力机叶片推力系数与体型系数的关系,然后根据功率系数计算叶片推力系数,从而获得整个风轮的风载荷,据此提出了考虑实际叶片工作效率的风轮风载荷等效系数计算方法。应用该方法对某1.5 MW水平轴风力机进行计算,并与商用软件Bladed的计算结果进行比较,结果表明,该方法能够满足风力机风载荷计算的要求,是一种精度较高、适于工程应用的方法。     

低尖速比下双转子垂直轴风力机气动性能试验研究

虽然水平轴风力发电机的技术已经发展的非常成熟,是世界上的主流风机,但在适应风机大型化、深海化的趋势方面,垂直轴风力发电机因其结构特点表现出一定优势。近年来,对于垂直轴风力机的研究日益增多,将两台相同的垂直轴风力机间隔一定距离置于一起即得到双转子垂直轴风力机。文章利用风机模拟与实际风场较接近的非定常风,通过物理模型试验对比了单转子垂直轴风力机和具有不同双转子间距的双转子垂直轴风力机在不同风速下同一转子的扭矩、转速与轴功率,证实了双转子垂直轴风力机的增益效果,并探讨了风速及两转子间距对风机性能及增益效果的影响。试验结果表明,风速越大、两转子间距越小,双转子垂直轴风力机的增益效果越显著。     

带有RCC的异步风力发电机系统的特性分析

介绍了带有转子电流控制器（RCC）的变桨距调节异步风力发电机系统的基本原理及其控制策略。基于Saber仿真软件，建立了变桨距风力机、绕线式异步发电饥、转子电流控制器以及风速等的仿真模型，并以此为基础深入研究了该类风力发电机系统的运行特性。仿真分析表明，引入转子电流控制可以明显改善发电机的输出电能品质，降低变桨距风力机的调节频率，延长变桨距机构的使用寿命。制作了一套7．5kW模拟异步风力发电机的RCC系统，对带有RCC的异步风力发电机系统进行了模拟实验研究。     

带有挡流板的垂直轴风力发电机性能优化研究

为提高风力机的风能利用系数,并为垂直轴风力机优化设计提供方法,提出一种针对垂直轴风力发电机气动性能提升的结构改进方案,即在2台转向相反的H型垂直轴风力发电机的上游区域放置一块挡流板,研究挡流板各参数对2台垂直轴风力发电机能量获取的影响,结果表明:挡流板宽度对风能的获取影响最敏感,而挡流板到两台风力机轴之间的距离以及大于风轮高度的挡流板高度对垂直轴风力发电机风能的获取始终为正面影响,选择合适导流板参数下的最大风能利用系数为0.45,与无挡流板时相比提升了36%。     

变速变桨距风力发电机气动特性研究

基于动量叶素理论,考虑了叶尖损失、风轮锥角以及修正的轴向和切向诱导因子等因素的影响,推导出速度诱导因子的迭代计算公式。考虑了影响风力发电机气动性能的各种因素,较为准确地建立了风轮计算模型。结合实例计算分析了速度诱导因子及叶片受力沿叶片展向的分布规律,分析了桨距角、转速和叶尖速比等参数对风力机气动特性的影响,得到风力发电机的气动特性曲线。在此基础上,分析了提高风力机风能利用率和减小载荷波动的方法,为风力发电机的动态设计及运行特性分析奠定了基础。     

新型风力发电机

日本东海大学研制成功一种新颖的风力发电机。同发电机相连的是两个反向旋转的风轮输出轴，发电机的转速成倍增加，发电效率大大提高。该风力发电机在风速为10m／s的情况下，额定输出功率为3kW。     

风力机输出扭矩的电机在线测试

由于斜轴式风力发电机结构的限制朵上无法安装一般的转矩测量仪。西方好两种运用风力机固有的发电机来测量风轮输出扭矩的方法，并为做了一些实验和分析。     

电网电压连锁故障下双馈式风力发电机鲁棒增强控制策略

针对双馈式风力发电机的传统控制策略存在鲁棒性能较差,过渡过程持续时间较长,母线电压过调制等问题,提出一种改进的电压连锁故障穿越控制方案。通过对转子侧变流器采用鲁棒控制策略,网侧变流器采用改进无功电流控制策略,可同时改善双馈式风力发电机的低电压穿越(LVRT)和高电压穿越(HVRT)能力。同时以双馈式风力发电机的定子动态磁链为分析基础,推导其在电压骤降和骤升故障期间的过渡过程特性。仿真表明:所提出的双馈式风力发电机的鲁棒增强控制策略,可有效提高风力机在电网电压连锁故障情况下的穿越性能。     

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略.首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型.其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

永磁/笼障混合转子双定子风力发电机电磁设计与性能分析

针对主流永磁同步发电机存在成本高和有刷双馈感应发电机存在可靠性低的问题，结合风电发展的要求，提出一种具有功率密度高和可靠性高的新型永磁/笼障混合转子双定子风力发电机应用于海上风力发电。功率密度与电机的功率分配、极槽配合和转子耦合能力有关。基于该发电机的工作原理和设计要求，设计一台300 kW永磁/笼障混合转子双定子风力发电机，并考虑功率分配、主要尺寸确定方法、极槽配合和转子耦合能力。在此基础上，采用数值法分析不同运行状态下该发电机性能，并与实验测试结果作比较；同时将所提出的发电机与常规电机在转矩密度和成本方面作比较，验证该发电机设计和分析方法的合理性和有效性及转矩密度高的特点。     

小型Savonius风机的创新设计与仿真分析

Savonius风机是一种典型的垂直轴风力机。针对传统风机的发电机部分采用转子、定子一动一静的设计布局,提出了一种新型的发电机结构,从而提高风机发电效率。通过有限元分析软件ANSYS／CFX,对风力机模型进行流体分析,计算Savonius风力机的效率,验证本设计分析方法的正确性。